雷電是日常生活中常見(jiàn)的天氣現(xiàn)象之一，但由于發(fā)生雷電時(shí)產(chǎn)生的電效應(yīng)、熱效應(yīng)及電磁場(chǎng)效應(yīng)等，使得建筑物遭受破壞，人畜傷亡事故，通信電力設(shè)備損壞事件頻發(fā)，雷電災(zāi)害已經(jīng)被聯(lián)合國(guó)列為“最嚴(yán)重的十種自然災(zāi)害之一”，給人們的生產(chǎn)和生活造成了巨大的威脅。如何有效的減少雷電災(zāi)害給人民生活和社會(huì)生產(chǎn)造成的損失，成為了人們迫切需要解決的難題[1]。

　　摘要：目前針對(duì)雷電預(yù)警的方法主要是基于大氣電場(chǎng)與閃電定位的探測(cè)技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)在國(guó)內(nèi)的起步較晚但發(fā)展迅速，已被許多行業(yè)廣泛應(yīng)用。本文通過(guò)簡(jiǎn)要介紹大氣電場(chǎng)儀及閃電定位儀的工作原理，結(jié)合其主要的應(yīng)用，探討了其在民用航空領(lǐng)域的應(yīng)用前景。

　　關(guān)鍵詞：大氣電場(chǎng),閃電定位,雷電預(yù)警,民用航空

　　0概述

　　國(guó)外針對(duì)雷電預(yù)警的研究開(kāi)展較早也有許多成熟的應(yīng)用產(chǎn)品；國(guó)內(nèi)雖起步較晚，但發(fā)展迅速。隨著科學(xué)的不斷進(jìn)步，針對(duì)雷電的探測(cè)技術(shù)已經(jīng)歷過(guò)幾代的發(fā)展，目前，基于大氣電場(chǎng)與閃電定位的探測(cè)技術(shù)是較為成熟的雷電預(yù)警方法。

　　1大氣電場(chǎng)儀工作原理

　　利用導(dǎo)體在電場(chǎng)中產(chǎn)生感應(yīng)電荷的原理，大氣電場(chǎng)儀傳感器由定片和動(dòng)片組成，動(dòng)片的旋轉(zhuǎn)使定片的感應(yīng)電荷轉(zhuǎn)換為和大氣電場(chǎng)成正比的電壓量。電場(chǎng)儀處理并顯示電場(chǎng)值，電場(chǎng)值經(jīng)通信線路傳送至計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，以直觀的曲線形式顯示給使用者[2]。

　　2閃電定位儀工作原理

　　閃電定位儀是探測(cè)閃電發(fā)生的強(qiáng)度、方向、頻率及其變化的儀器，通過(guò)自動(dòng)探測(cè)閃電輻射的聲、光、電磁場(chǎng)特性等閃電放電參數(shù)，將實(shí)時(shí)檢測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行交匯處理并顯示，可全天候、長(zhǎng)期、連續(xù)運(yùn)行并記錄雷電發(fā)生的時(shí)間、位置、強(qiáng)度和極性等指標(biāo)[3]。

　　3基于大氣電場(chǎng)與閃電定位技術(shù)的雷電預(yù)警

　　方法應(yīng)用

　　大氣電場(chǎng)儀雖然能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)局地雷電的監(jiān)測(cè)和短時(shí)預(yù)警，實(shí)時(shí)反映當(dāng)?shù)乩子暝频幕顒?dòng)狀況，但缺乏直觀性，不知道雷電發(fā)生的具體方位，若僅利用大氣電場(chǎng)儀資料將使雷電預(yù)警錯(cuò)報(bào)率大大提高。閃電定位技術(shù)可以確定閃電的空間位置，但對(duì)于尚未發(fā)生雷電的云沒(méi)有任何響應(yīng)，也無(wú)法探測(cè)到閃電形成前云中電荷的演變過(guò)程，記錄不到雷云早期出現(xiàn)的云閃[4?5]。正因?yàn)閮煞N技術(shù)在應(yīng)用上具有互補(bǔ)的特性，因此，基于大氣電場(chǎng)與閃電定位技術(shù)的方法在雷電預(yù)警領(lǐng)域顯示出極大的優(yōu)勢(shì)。

　　雷電預(yù)警技術(shù)主要是在雷擊發(fā)生之前的10～30min左右發(fā)出警告訊號(hào)，提醒或告知那些在野外作業(yè)的人員及時(shí)采取適當(dāng)?shù)拇胧┍芾�。雷電預(yù)警的作用不止是在防范人身安全，在其他領(lǐng)域也有著廣泛的應(yīng)用[6?7]。最常應(yīng)用的主要有常規(guī)氣象業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)、電力系統(tǒng)安全、工廠設(shè)備、森林雷擊火預(yù)警、航空航天保障、建筑施工、油庫(kù)、旅游景點(diǎn)、體育娛樂(lè)場(chǎng)所和礦區(qū)等重要場(chǎng)所的雷暴檢測(cè)和預(yù)報(bào)[8?9]。

　　4雷電預(yù)警技術(shù)在民用航空中的應(yīng)用

　　民用航空是雷電預(yù)警技術(shù)應(yīng)用中一個(gè)重要的方面，這其中不僅關(guān)系到民用機(jī)場(chǎng)的選址、建設(shè)、配套設(shè)備的安裝調(diào)試等基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)；更重要的是對(duì)民用機(jī)場(chǎng)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中航線制定、運(yùn)行監(jiān)督以及飛行安全保障等提供強(qiáng)有力的支持。

　　4.1雷電對(duì)民用航空運(yùn)行的影響

　　在正常的民用航空運(yùn)營(yíng)中，天氣是影響航空系統(tǒng)各方面正常運(yùn)行的主要因素，而雷電是各天氣因素中對(duì)飛行安全有重要影響的部分。有效的雷電預(yù)警可以在預(yù)定飛行計(jì)劃、監(jiān)視飛行路徑、機(jī)場(chǎng)起降及地勤支持服務(wù)等方面給予民用航空更好的安全飛行保障[10]。

　　在國(guó)外的民用航空機(jī)場(chǎng)，許多已建立完善的雷電探測(cè)系統(tǒng)，為航行安全提供強(qiáng)有力保障；國(guó)內(nèi)也有少部分機(jī)場(chǎng)投入了這方面的研究。揭陽(yáng)潮汕機(jī)場(chǎng)地處亞熱帶，屬海洋性季風(fēng)氣候，經(jīng)常性的雷雨天氣成為影響航班飛行安全的重要因素，為更好的防范雷電災(zāi)害對(duì)航班的影響，中國(guó)民用航空汕頭空中交通管理站（以下簡(jiǎn)稱(chēng)民航汕頭空管站）率先從加拿大引進(jìn)了三套大氣電場(chǎng)儀及閃電定位儀。

　　4.2雷電預(yù)警系統(tǒng)檢測(cè)雷電發(fā)展的過(guò)程

　　民航汕頭空管站此次引進(jìn)的每套設(shè)備都有由Boltek公司生產(chǎn)的EFM?100型大氣電場(chǎng)儀和LD?350型閃電定位儀組成，該電場(chǎng)儀能夠?qū)Υ蟾?0km范圍內(nèi)的閃電變化進(jìn)行告警，而閃電定位儀則可對(duì)設(shè)備大概500km范圍內(nèi)發(fā)生的閃電進(jìn)行記錄。三套設(shè)備分別安裝于本場(chǎng)、萊蕪雷達(dá)站和大洋雷達(dá)站，形成一個(gè)三角型覆蓋區(qū)域。設(shè)備投入使用半年來(lái)，各用戶均反映該設(shè)備靈敏度高，在雷暴來(lái)臨前可以起到很好的預(yù)警作用。圖1所展示的是2013年6月23日午后13時(shí)35分左右到14：00左右，大氣電場(chǎng)儀檢測(cè)到的發(fā)生在揭陽(yáng)潮汕機(jī)場(chǎng)附近的一次雷電過(guò)程。

　　由圖1可以看出在13：00左右電場(chǎng)儀檢測(cè)到有一個(gè)負(fù)向增大的電場(chǎng)，該電場(chǎng)在13：30達(dá)到最大值-12kV/m，然后有一個(gè)很強(qiáng)的正向突變，之后的短短數(shù)分鐘又有另外一次強(qiáng)度相近的跳變，跳變過(guò)后的13：42左右電場(chǎng)強(qiáng)度逐漸恢復(fù)到正常狀態(tài)，后面的場(chǎng)強(qiáng)變化都趨于平緩。

　　圖2中顯示的是在大氣電場(chǎng)儀檢測(cè)到電場(chǎng)突變后，閃電定位儀檢測(cè)到的閃電，如圖2上紅色箭頭所指即為閃電發(fā)生的位置，大概處于機(jī)場(chǎng)跑道的北面。此時(shí)，閃電定位儀檢測(cè)到本場(chǎng)閃電的時(shí)間為13：49，距離大氣電場(chǎng)儀檢測(cè)到電場(chǎng)強(qiáng)突變已過(guò)去大約20min。也就是說(shuō)，通過(guò)該雷電預(yù)警設(shè)備，可提前20min預(yù)知本次閃電的發(fā)生。

　　圖3～圖6所示為本場(chǎng)雷達(dá)的PPI圖，由雷達(dá)圖可以看出在13：33左右，本場(chǎng)附近有較強(qiáng)的回波出現(xiàn)，在將近半小時(shí)后，強(qiáng)的回波已經(jīng)遠(yuǎn)離，不再影響本場(chǎng)。通過(guò)對(duì)天氣多普勒雷達(dá)回波的分析，很好地印證了大氣電場(chǎng)儀和閃電定位儀的監(jiān)測(cè)結(jié)果。

　　4.3雷電預(yù)警在民用航空應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)與局限

　　由以上雷電監(jiān)測(cè)結(jié)果可以看出，大氣電場(chǎng)儀對(duì)于空間電場(chǎng)變化反應(yīng)靈敏，對(duì)雷電預(yù)警作用明顯，但由于其探測(cè)不具方向性，因而無(wú)法具體預(yù)知雷電變化。閃電定位儀能夠鎖定具體的閃電發(fā)生方位及距離，可以對(duì)閃電發(fā)展趨勢(shì)做相應(yīng)的分析，但這只是一種事后的記錄，可進(jìn)行相應(yīng)的結(jié)果分析卻無(wú)法進(jìn)行雷電預(yù)警。兩者進(jìn)行結(jié)合，在機(jī)場(chǎng)預(yù)警，航線飛行安全，航空設(shè)備防雷保護(hù)中可起到有效的防范作用。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的實(shí)用檢驗(yàn)，使用人員發(fā)現(xiàn)該雷電預(yù)警方法也存在一定的局限性。這主要是由于天氣變化的多樣性和不可預(yù)知性，任何對(duì)天氣現(xiàn)象發(fā)展的預(yù)測(cè)都只能是一個(gè)概率性的判斷，不可能做到完全準(zhǔn)確。而且由于噪聲干擾等方面的原因，該系統(tǒng)也存在誤告警的情況，給氣象預(yù)報(bào)工作造成一定的影響。

　　4.4未來(lái)應(yīng)用開(kāi)發(fā)建議

　　大氣電場(chǎng)儀能夠?qū)�雷電進(jìn)行有效告警，閃電定位儀可對(duì)已發(fā)生閃電進(jìn)行有效記錄，但這并不能告知使用者雷電將會(huì)發(fā)生在哪個(gè)具體區(qū)域，對(duì)于機(jī)場(chǎng)這樣的小范圍區(qū)域應(yīng)用則需要精確定位。由以上分析可知，天氣多普勒雷達(dá)可探測(cè)強(qiáng)回波區(qū)域，該區(qū)域發(fā)生雷電現(xiàn)象的幾率很大，將雷達(dá)與雷電預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行有效結(jié)合能更準(zhǔn)確預(yù)測(cè)雷電的發(fā)展。而對(duì)于航路飛行中的航空器，融合進(jìn)導(dǎo)航雷達(dá)的信息，也能對(duì)飛行安全提供有效的預(yù)警服務(wù)。

　　5結(jié)論

　　基于大氣電場(chǎng)與閃電定位技術(shù)的雷電預(yù)警方法作用明顯，已應(yīng)用到越來(lái)越多的行業(yè)領(lǐng)域，其中在民用航空領(lǐng)域中的應(yīng)用更是得到了國(guó)內(nèi)外民航業(yè)的重視。該雷電預(yù)警方法能有效的對(duì)雷電現(xiàn)象進(jìn)行預(yù)警，使相關(guān)人員和設(shè)備提前做好防范雷電災(zāi)害準(zhǔn)備，給航班飛行安全提供強(qiáng)有力保障；但其使用中的某些方面的局限性仍有待技術(shù)研發(fā)人員進(jìn)一步的完善。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]張娟，林卓宏，田軍利，等.閃電定位系統(tǒng)及GPS在某防雷工程設(shè)計(jì)中的結(jié)合應(yīng)用[J].氣象研究與應(yīng)用，2010，31（3）：91?93.

　　[2]王恩玉，劉傳波，王艷，等.淺談大氣電場(chǎng)儀的工作原理[J].黑龍江科技信息，2013（5）：14?15.

　　[3]張昊偉，舒躍強(qiáng)，李德軍.閃電定位技術(shù)評(píng)述[J].氣象水文海洋儀器，2010，9（3）：100?103.

　　[4]葉本閃，陳釗，王輝煌.談大氣電場(chǎng)儀在閃電監(jiān)測(cè)預(yù)警中的應(yīng)用[J].信息系統(tǒng)工程，2013（4）：102?103.

　　[5]吳建，陳毅芬，曾智聰.利用地面電場(chǎng)儀與閃電定位資料進(jìn)行短時(shí)雷電預(yù)警的方法[J].氣象與環(huán)境科學(xué)，2009，32（1）：47?50.

　　[6]潘家利，王明亮，吳海，等.基于大氣電場(chǎng)的雷電監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)研究[J].氣象研究與應(yīng)用，2012，33（3）：94?97.

　　[7]吳明江，杜莉萍，陳勇斌，等.大氣電場(chǎng)的特征及雷電預(yù)警技術(shù)研究[J].氣象水文海洋儀器，2010，9（1）：10?14.

---

轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明來(lái)自：http://www.jinnzone.com/tongxinlw/25771.html